Procédé de câblage d'une barrette de lasers

Abstract

 L'invention concerne une barrette de lasers semiconducteurs.
Dans le but d'évacuer la chaleur dégagée en cours de fonctionnement, cette barrette est câblée au moyen d'un ruban métallique épais (11), thermosoudé (12) sur les mésas (9) qui entourent les cavités lasers (2). L'alimentation électrique est bouclée par la plaque support (3) à travers le substrat (1).
Application aux sources laser intenses.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de câblage électrique d'une barrette de lasers semiconducteurs, ainsi que la barrette câblée selon ce procédé.

[0002] On sait que les lasers semiconducteurs sont fabriqués de façon collective, comme tous les semiconducteurs discrets ou intégrés, sur des tranches qui sont ensuite cassées en barres, la cassure ayant pour objet de faire apparaitre les deux faces clivées de la cavité de Fabry-Perrot d'un laser. Selon les cas, ces barres sont à leur tour cassées soit en puces de lasers individuels, soit en barrettes qui réunissent de 10 à 30 lasers par exemple. De telles barrettes permettent de disposer de plus de puissance optique, mais leur alimentation électrique pose quelques problèmes.

[0003] La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une barrette, selon l'art connu. Le corps semiconducteur 1 comprend un substrat et une pluralité de couches semiconductrices qui n'ont pas à être détaillées içi : l'objectif de cette structure est de créer des rubans lasers 2 qui émettent un rayonnement lumineux lorsqu'ils sont convenablement polarisés.

[0004] Une première borne d'alimentation peut être constituée par un support 3, métallique, sur lequel est brasée la barrette. C'est par exemple la masse.

[0005] La seconde borne d'alimentation se trouve sur la face supérieure de la barrette, opposée au support, de façon à ce que le courant électrique traverse les rubans lasers 2. Deux moyens sont connus pour amener le courant sur cette face supérieure. Soit une métallisation 4 est déposée, mais il y a des risques de coupures en 5, sur des arêtes ou des zônes d'ombre, car les rubans lasers 2 sont séparés par des sillons 6, pour canaliser le courant verticalement. Soit des métallisations partielles 7 sont déposées seulement sur les régions de la face supérieure qui dominent les rubans lasers 2, et des fils d'or 8, de 25 µm de diamètre, sont thermocomprimés sur ces métallisations 7. L'alimentation électrique des lasers est individuelle.

[0006] Ces solutions individuelles ont, entre autres, deux inconvénients :

• elles n'assurent pratiquement aucune évacuation thermique, bien que les lasers chauffent beaucoup,
• les fils d'or sont de longueurs différentes selon la position du laser élémentaire câblé, et ces différences entraînent des inégalités de potentiel d'alimentation.

[0007] Ces inconvénients sont supprimés par le procédé selon l'invention : les lasers d'une barrette de lasers sont câblés collectivement et alimentés au moyen d'une tige de forme géométrique plus complexe par exemple plate en or, brasée sur les métallisations déposées sur les mésas. Cette tige est épaisse et ne présente qu'une très faible résistance électrique : la tige sert de radiateur et maintient l'égalité du potentiel.

[0008] De façon plus précise, l'invention consiste en un procédé de câblage d'une barrette de lasers semiconducteurs, comportant, supportée par un substrat, une pluralité de structures mésas entourant chacune une cavité laser, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les deux étapes suivantes :

• recharge électrolytique des métallisations qui recouvrent les mésas
• thermocompression sur lesdites métallisations rechargées d'un ruban métallique épais, disposé longitudinalement sur la barrette de lasers.

[0009] L'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un exemple d'application, en liaison avec les figures jointes en annexe, qui représentent :

• figure 1 : vue en coupe d'une barrette de lasers, selon l'art connu, qui a été exposée précédemment,
• figure 2 : vue en coupe longitudinale d'une barrette de lasers, alimentés selon le procédé de l'invention,
• figure 3 : vue en plan d'un dispositif comportant deux barrettes alimentées selon le procédé de l'invention.

[0010] La figure 2 reprend la même partie de produits semiconducteurs qu'en figure 1. Une barrette de lasers comprend un substrat et des couches semiconductrices 1 qui ne sont pas détaillées içi parce qu'elles ne sont pas nécessaires à l'exposé de l'invention. L'une de ces couches correspondant à la couche active dans laquelle sont définies des cavités de Fabry-Perrot, plus couramment désignées rubans lasers 2, dans lesquelles le courant est délimité par :

• les métallisations d'électrodes 7 sur et 3 sous le laser,
• des sillons 6 qui séparent entre eux les rubans d'une même barrette, et forment une pluralité de mésas 9 qui entourent les rubans lasers 2,
• éventuellement une structure ou des caissons isolants ou implantés de part et d'autre - latéralement - des rubans lasers 2.

[0011] L'électrode 3 sous la barrette est une plaque métallique qui sert de support : elle peut passer une forte intensité électrique. Il n'en est pas de même de l'électrode 7 déposée sur les mésas 9 : elle a de l'ordre de 0,3 microns d'épaisseur.

[0012] La première étape du procédé consiste donc à effectuer une recharge électrolytique de métal, préférentiellement de l'or, en 10, par dessus le métallisation 7. Cette épaisseur de métal 10 permet une thermocompression.

[0013] La seconde étape du procédé consiste à amener la polarisation des lasers au moyen d'une tige ou ruban métallique épais 11. Ce ruban d'or 11 a de l'ordre de 400 microns de largeur (c'est à dire selon l'axe des rubans lasers 2) sur 20 microns d'épaisseur. Sa longueur est fonction de la longueur de la barrette elle-même : de l'ordre du centimètre pour une trentaine de lasers élémentaires. Le ruban 11 est thermocomprimé en 12 sur les métallisations 7 + 10, par au moins un point de thermocompression; pour améliorer les contacts thermique et électrique, il est préférable d'opérer plusieurs thermocompressions 12 sur chacun des lasers.

[0014] La figure 3 représente un dispositif comportant deux barrettes alimentées selon le procédé de l'invention, ce dispositif étant vu de dessus, pour compléter la coupe de la figure 2. Sur les deux barrettes de lasers, les mésas 9, qui entourent les lasers 2, sont séparés par des sillons 6. Les rubans métalliques 11 sont déposés sur les barrettes de lasers, dans le sens longitudinal puis thermocomprimés en 12.

[0015] Pour améliorer l'égalité du potentiel sur tous les lasers élémentaires, le ou les rubans métalliques 11 sont avantageusement connectés sur deux rails métalliques 13, disposés aux deux extrêmités des rubans 11. Bien entendu les rails 13 sont isolés du rapport métallique 3, qui peut être le moyen de fixation et d'orientation des barrettes. Les deux sources de polarisation des lasers sont reliées, par exemple la négative à la plaque support 3 et la positive aux rails 13.

[0016] Le procédé peut encore être appliqué à un circuit intégré de lasers : il suffit de répéter l'opération qui s'applique à au moins une barrette.

[0017] Outre l'égalité des potentiels, une caractéristique primordiale de l'invention est que le ruban métallique 11 sert de radiateur aux lasers élémentaires, en raison de sa forte masse en comparaison avec des fils d'or.

Revendications

1 - Procédé de câblage d'une barrette de lasers semiconducteurs, comportant, supportée par un substrat (1), une pluralité de structures mésas (9) entourant chacune une cavité laser (2), ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les deux étapes suivantes :

- recharge électrolytique (10) des métallisations (7) qui recouvrent les mésas (9)

- thermocompression (12) sur lesdites métallisations rechargées (7+10) d'un ruban métallique épais (11), disposé longitudinalement sur la barrette de lasers.

2 - Barrette de lasers semiconducteurs, comportant un substrat dopé (1) et une pluralité de structures mésas (9) entourant chacune une cavité laser (2), ainsi qu'une pluralité de métallisations fines (7) déposées sur les mésas (9), cette barrette étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pluralité de métallisations épaisses (10) en recharges sur les métallisations fines (7), et un ruban métallique épais (11) thermocomprimé (12) sur les métallisations épaisses (10), ce ruban métallique étant disposé longitudinalement sur la barrette de lasers.

3 - Barrette de lasers selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ruban métallique épais (11) est plus long que la barrette de laser, et en ce qu'une source d'alimentation est appliquée à ses deux extrêmités.

4 - Barrette de lasers selon la revendication 2, caractérisée en ce que une seconde source d'alimentation est appliquée sur le substrat (1) conducteur, aux moyen d'un support métallique (3) sur lequel est fixée ladite barrette.

Dessins